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氧化沟工艺处理城市污水
摘 要
本次毕业设计的题目为某污水处理厂设计——氧化沟工艺。主要任务是工艺流程选择及构筑物设计和计算。
其中初步设计要完成设计说明书一份、污水处理厂总平面布置图一张、高程图一张，流程图一张，主要设备图一张，管道布置图一张；单项处理构筑物施工图设计中，主要是完成氧化沟平面图和剖面图。
该污水处理厂工程，总规模达到8万吨/日。该污水厂的污水处理流程为：从泵房到沉砂池，进入氧化沟，二沉池，最后出水；污泥的流程为：从二沉池排出的剩余污泥首先进入浓缩池，进行污泥浓缩，然后进入消化池，经过消化的污泥再送至带式压滤机，进一步脱水后，运至垃圾填埋场。
出水执行国家污水综合排放标准（GB8978-1996）二级标准。
关键词：氧化沟工艺；消化池
第一章 设计概论

1.1 设计依据和设计任务
1.1.1 原始依据
1.设计题目:
2.设计基础资料：

1.2 进出水水质
处理水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）二级标准。

第二章 工艺流程的确定

2.2 污水处理中生物方法的比较
2.2.1 SBR工艺和氧化沟工艺的比较
如前所述，SBR工艺和氧化沟工艺都比较适合于中小型污水厂，如果设计管理的好，都可以取得比较好的除磷脱氮效果。但是这两种工艺又各有优缺点，分别适用于不同的情况。
a) SBR工艺由于采用合建式，不需要设置二沉地，同时由于采用微孔曝气，可以采用的水深一般为4～6m，比一般氧化沟的水深(3～4m)要深，因此在同样的负荷条件下，SBR工艺的占地面积小，如果污水处理厂所在地的征地费用比较高，对SBR工艺有利。
b) SBR工艺中一个周期的沉淀时间是由活性污泥界面的沉速、MLSS浓度、水温 等因素确定的，浑水时间是由滗水器的长度、上清液的滗除速率等因素决定的，对于一个固定的反应系统，沉淀时间和滗水时间的和基本上是固定的，一般都不应小于2小时，因此，每个周期的时间短，反应时间所占的比例就低，反应池的体积利用系数降低。对于对污泥稳定要求不高的污水厂，选择SBR工艺不利。(合建式氧化沟工艺也有这个缺点)。
c) SBR工艺和交替式氧化沟需要频繁地开停进水阀门，曝气设备，滗水器等，因此，对自控设备的要求比较高，目前，某些国产设备的质量尚不过关，如果考虑进口，自控系统所占的投资比例将增加，而且将增大维修费用。
d) 在寒冷的气候条件下，因为表面爆气器会造成表面冷却或者结冰，降低污水的温度，而污水的温度降低，对生化反应尤其是硝化反应的影响较大，所以，在寒冷地区，采用氧化沟工艺，需要采取一些特殊措施，如将氧化沟加盖，而这些措施都使氧化沟工艺在和其它工艺竞争中，处于不利的地位。
e) 在一些水量非常小的小城镇，夜间几乎没有污水产生，这时候SBR工艺和交替式氧化沟工艺有优越性，曝气设备可以白天运转，夜间停止运行。
2.3 工艺流程的确定
2.3.1 工艺流程如图 2-2

图 2-2 氧化沟处理工艺流程图
2.3.2 污水处理部分
1. 格栅
本污水处理厂设置粗、细两道格栅。格栅的主要作用是将污水中的大块污物拦截，以免其对后续处理单元的机泵或工艺管线造成损害。按栅条的种类可分为直棒式栅条格栅、弧形格栅、辐射式格栅、转筒式格栅和活动栅条式格栅。由于直棒式格栅运行可靠，布局简洁，易于安装维护，本工艺选用直棒式格栅。
格栅与水泵房的设置方式。

2. 沉砂池
沉砂池的形式，按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式和旋流式三种；按池型可分为平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂池和旋流沉砂池。
平流式沉砂池是常用的形式，污水在池内沿水平方向流动，具有构造简单、截留物及颗粒效果较好的优点。竖流式沉砂池是污水自下而上由中心管进入池内，无机物颗粒藉重力沉于池底，处理效果一般较差。曝气沉砂池是在池的一侧通入空气，使污水沿池旋转前进，从而产生与主流垂直的横向恒速环流。曝气沉砂池的优点是，通过调节曝气量，可以控制污水旋流的速度，使除砂效率较稳定，受流量变化的影响较小
权衡比较之后，考虑到拟建污水处理厂的水质特点，从实际处理效率和经济运行成本出发，决定采用平流式沉沙池。
3. 氧化沟
主要比较已经在前面叙述，采用Carrousel 氧化沟。
4. 沉淀池
a) 平流式沉淀池
由流入装置、流出装置、沉淀区、缓冲层、污泥区及排泥装置等组成；
流入装置由配水槽、挡流板组成，流出装置由流出槽与挡板组成，缓冲层的作用时避免已沉污泥被水流搅起以及缓解冲击负荷，污泥区起贮存、浓缩和排泥作用，排泥方式有静水压力法、机械排泥法。
b) 辐流式沉淀池
池型呈圆形或正方形，直径（或边长）6-60m，池周水深1.5-3.0m，用机械排泥，池底坡度不宜小于0.05。可用作初沉池或二沉池。
c) 竖流沉式淀池
池型可用圆形或正方形。为了池内水流分布均匀，池径不宜太大，一般采用4-7m。沉淀区呈柱形，污泥斗呈截头倒锥体。
辐流沉淀池工艺成熟，适合范围广，故采用之。
2.3.2 污泥处理部分
1. 污泥的处理要求
污泥生物处理过程中将产生大量的生物污泥，有机物含量较高且不稳定，易腐化，并含有寄生虫卵，若不妥善处理和处置，将造成二次污染。
污泥处理要求如下：
² 减少有机物，使污泥稳定化
² 减少污泥体积，降低污泥后续处置费用
² 减少污泥中有毒物质
2. 常用污泥处理的工艺流程 ： 污泥浓缩，脱水有两种方式选择，污泥含水率均能达到80%，方案如下：
（1） 方案一:污泥机械浓缩、机械脱水
（2） 方案二:污泥重力浓缩、机械脱水

项目
方案一
方案二
主要构筑物
①污泥贮泥池②浓缩、脱水机房
①污泥浓缩池②脱水机房
主要设备
①浓缩池刮泥机
①浓缩池刮泥机②脱水机
占地面积
小
大
絮凝剂总用量
3.0-4.0kg/Ｔ Ds
≤4.0kg/T DS
对环境的影响
小
大
总土建费用
小
大
总设备费用
一般
稍大
表 2-1 两种污泥浓缩方法比较
由表2-1可见方案一优于方案二，因此本工程污泥处理工艺选用污泥机械浓缩，机械脱水。 第三章 污水处理系统设计计算

3.1 粗格栅
设计说明：栅条的断面主要根据过栅流速确定，过栅流速一般为0.6～1.0m/s，槽内流速0.5m/s左右。如果流速过大，不仅过栅水头损失增加，还可能将已截留在栅上的栅渣冲过格栅，如果流速过小，栅槽内将发生沉淀。此外，在选择格栅断面尺寸时，应注意设计过流能力只为格栅生产厂商提供的最大过流能力的80%，以留有余地。
如前面所述，选用平面矩形格栅（三座）
计算草图3-1

图3-1 格栅示意图
3.1.1 格栅的间隙数量n
取过栅流速0.9m/s, 格栅倾角α=60°,，栅条间距b=30 mm ,栅前水深0.6m

取n=17
式中: Qmax－最大设计流量,m3/s
a-格栅倾角
b-栅条间隙.m
h-栅前水深,m
v-污水流经格栅的速度,m/s

3.1.2 格栅的建筑宽度 B
设计采用圆钢为栅条，即s = 0.01m 

3.1.3 过栅水头损失
   栅条断面形状为圆形

式中:ξ-阻力系数，其值与栅条断面形状有关，圆形取1.79
    k-格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般取3
3.1.4 栅后槽的总高度

式中: h2-栅前渠道超高，取0.3米

3.1.5 格栅的总建筑长度

式中:　L1—进水渐宽部位长度，m
   　　　 　b1—进水渠渠宽，取0.8米；
  a1—进水渠渐宽部分展开角，20°                            
L2—出水渠道渐窄部位长度，L2= 0.5L1=0.61m

3.1.5 每日栅渣量的计算
工程格栅间隙为30mm，取W1=0.02m3/103m3  

式中：KZ—生活污水流量总变化系数，取1.5
因为每日栅渣量＞0.2ｍ3／ｄ，宜采用机械清渣
3.1.6　清渣设备
亚太环保公司的FH型旋转式格栅除污机，2台，N=1.5KW。
3.1.7　构筑物大小
7.53 m（长）×0.66 m（宽）×1.09 m（高）
3.2　泵站
设计流量Qmax=0.926m3/s，考虑到经济实用性，拟采用螺旋泵作为污水提升装置．为了避免设备24小时运转，决定共配备6台螺旋泵，四用二备，在平时6台水泵替换使用，可有效延长设备使用寿命，同时，在某台水泵出现故障时，可启用备用水泵，实现污水处理厂的不间断持续运转．
每台泵的设计水量为：Q＝0.926/4＝833 m3/ｈ
集水池容积采用相当于一台泵的15min流量，
即：
3.3 细格栅
拟建2座
3.3.1 设计参数
　　设计流量Qmax=0.926m3/s，栅前水深1.0m，过栅流速v=0.9m/s
　　栅条间隙b=10mm，栅前长度L1=1.0m，栅后长度L2=1.0m
格栅倾角a=60°，栅条宽度S=10mm，栅前渠超高h2=0.5m
3.3.2 设计计算

图 3-1 细格栅计算示意图

3.3.2.1 栅条的间隙数n

取n=48个
3.3.2.2 格栅的建筑宽度b
取s = 0.01m 

3.3.2.3 通过栅头的水头损失
设格栅断面为锐边矩形断面

3.3.2.4 栅后槽总高度

3.3.2.5 栅前渠道深

3.3.2.6 栅槽总长度：

3.3.2.7 每日栅渣量

式中，W1为栅渣量，对于城市污水，栅条间距b=10mm时，W1=0.02m3/103m3
拦截污物量大于0.2m3/d时，宜采用机械清栅。
3.3.3 清渣设备
1. JT-10型格栅除污机2台，电机功率2.2kw
2. SY型栅渣压榨机,功率1.5kw
3.4 沉砂池
3.4.1 设计数据
（1）最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s
（2）最大流量时停留时间不小于30s，一般采用30～60s
（3）有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25～1m，每格宽度不宜小于0.6m
（4）进水头部应采取效能和整流措施
（5）池底坡度一般为0.01～0.02，当设置除砂设备时，可根据设备要求考虑池底形状
3.4.2 具体计算
设计2个沉砂池平行处理

3.4.2.1 沉沙池长度
取v=0.25m/s，t=30s， L=vt=0.25×30=7.5m

3.4.2.2 水流断面

3.4.2.3 池总宽度b
设n=2，b=0.8m，B=nb=2×0.8=1.6m
3.4.2.4 有效水深

3.4.2.5 沉砂室所需容积

式中：X-城市污水的沉沙量，一般采用30m/106m3（污水）
T-排水时间间隔，d
KZ-生活污水流量的总变化系数
3.4.2.6 每个沉砂斗容积
设每一分格有两个沉砂斗

3.4.2.7 沉砂斗各部分尺寸
设斗底宽a1=0.6m，斗壁与水平面的倾角为55°，斗高
沉砂斗上口宽：

沉砂斗容积：

沉砂室高度：
采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗

池总高度：
设超高h1=0.4m

核算最小流速：

式中：qvmin —设计最小流量，m3/s
n1—最小流量时工作的沉沙池数目，取n1=1
Amin—最小流量时沉沙池中的水流断面面积，m2
3.4.3 草图

图 3-2 沉沙池草图
3.4.4 沙水分离装置
LSF型螺旋砂水分离器(2套)，N=0.37kw
3.4.5 构筑物大小
7.5(长)×1.6(宽)×1.62(高)m
3.5 氧化沟
Carrousel氧化沟的设计可用延时曝气池的设计方法进行,即从污泥产量WV=0出发,导出曝气池体积,然后按氧化沟工艺条件布置成环状 混合式或carrousel式。氧化沟中循环流速为0.3～0.6m/s，有效深度1～5m。
该污水处理厂日处理水量80000m3，共设计四组氧化沟，每组氧化沟日处理水量为10000m3,进水BOD5浓度为200mg/l,出水BOD5浓度要求小于30mg/l,根据他人经验性数据,我们假定氧化沟中挥发固体浓度X=4000mg/(l·VSS),二沉池底挥发固体浓度Xr=12370mg/(l·VSS),产率系数y=0.4,微生物自身衰减系数Kd=0.1d-1,反应速度常数K=0.1L(mg/d)。
3.5.1 氧化沟所需容积V（WV＝0）

3.5.2 曝气时间Tb

3.5.3 回流比R

3.5.4 需氧量G
在延时曝气氧化沟中，由微生物去除的全部底物都作为能源被氧化而WV＝0，故系统中每天需氧量为：

折合最终生化需氧量为LT

去除单位质量BOD5的需氧量为Lτ/G

3.5.5 复合污泥负荷N

3.5.6 氧化沟主要尺寸
已知氧化沟的容积为3400m3，取水深H＝4.0，沟宽为B＝4m，则氧化沟的长度为：

3.5.7 氧化沟草图

图3-3 氧化沟草图

3.6 二沉池的设计和计算
3.6.1 池表面积

式中: A-池表面积,m2
Q-最大时污水量,m3/h
q-水力表面负荷,m3/(m3·h),一般为0.5～1.5 m3/(m3·h)
拟设计2个二沉池
则Q=80000/2=40000m3/d=416.5m3/h,
取q=1.0 m3/(m3·h),那么A=Q/q=416.5m2
3.6.2 池体直径

3.6.3 沉淀部分有效水深
H=q·τ
式中：τ—水力停留时间h,一般为1.0～1.5h
取τ=1.5h,则H=1.5m

第四章 污泥处理系统
4.1 污泥量计算
二沉池污泥量：

式中: △x—二沉池每日排泥量，kg/d；
Q平—平均日处理污水量，m3/d
Lr—去除的BOD浓度，kg/m3；
Kd—衰减系数，1/d，一般为0.05～0.1
Qc—污泥龄，d
湿污泥体积：

式中: p—污泥含水率，%，取99.4%
总污泥量：566.6m3/d
4.2 污泥浓缩池
拟采用辐流式重力浓缩池
4.2.1 设计参数
1. 进泥含水率
当为初次污泥时,其含水率一般为95%～98%;当为剩余活性污泥时,其含水率一般为99.2%～99.6%;当为混合活性污泥时,其含水率一般为98%～99.5%
2. 污泥固体负荷
当为初次污泥时,污泥固体负荷宜采用80～120kg/(m2·d); 当为剩余活性污泥时,污泥固体负荷宜采用30～60kg/(m2·d); 当为混合活性污泥时,污泥固体负荷宜采用25～80kg/(m2·d)
3. 浓缩后污泥含水率
由二沉池进入污泥浓缩池的污泥含水率,当采用99.2%～99.6%时,浓缩后污泥含水率宜为97%～98%
4. 污泥停留时间
浓缩时间不宜小于12小时,但也不要大于24小时,以防止污泥厌氧腐化
5.有效池深
一般为4m,最低不小于3m
4.2.2 设计计算
4.2.2.1 浓缩池直径

式中: Q—污泥量，m3/d
C—污泥固体浓度,g/l, 进泥含水率取99.4%,则C=6g/l
M—浓缩池污泥固体通量,kg/(m2/d), 取25kg/(m3/d)
A=566.6×6÷27=125m2
采用两个污泥浓缩池,每个池面积为A/2=62.5m2
则浓缩池直径为
4.2.2.2 浓缩池工作部分高度h1
取污泥浓缩时间T=16h,则

4.2.2.3 超高h2
超高h2取0.3m
4.2.2.4 缓冲层高h3
h3取0.3m
4.2.2.5 浓缩池总高度
H=h1+h2+h3=3.6m

4.2.2.6 浓缩后污泥体积

4.3 消化池
本设计采用一级消化（草图如图4-1）
图4-1 消化池
4.3.1 池体设计
池型：圆柱形，固定盖池子
中温消化：33℃-35℃
4.3.1.1 消化池的容积计算

式中:V—消化池有效容积,m3
V′—每天要处理的污泥量,m3/d
P—污泥投配率,当污泥温度为30℃-35℃,P可取6%～8%
已知V′=113m3/d,P取6%,V=2260m3
考虑到事故和检修,消化池座数不得少于两座,本设计拟建两座消化池,则每座容积为2260/2=1130m3
4.3.1.2 圆柱形池体直径
又根据柱体高等于半径这一规律，容积已知，计算出柱体半径等于8m，直径等于16m
4.3.1.3 圆柱形池体柱高
圆柱形池体柱高取8m
4.3.1.4 消化池总高
取总高与直径之比为1.0，则总高为16m
4.3.1.5 池底坡度
池底坡度取0.08
4.3.1.6 池顶圆柱体直径
取2m，高度与直径相同，也取2m
4.3.1.7 检修口直径
取0.7m，每个消化池设两个检修口
4.4 脱水间
4.4.1 脱水设备
选用启东环保设备厂GD-1000型带式压滤机，单机处理量4m3·h-1，2台，一用一备，配用电机功率2.05KW,外形尺寸4.1m×1.62m×2.15m，处理后泥饼含固率22%～23％.
4.4.2 加药设备
药剂投加一体化系统1套
药剂种类：干粉
配药能力：4kgPAM/h
药液浓度：0.1%－0.5%加药泵，搅拌电机等功率：1.42kw
单螺杆泵 LG60-1型 2台Q＝45m3/h H＝0.4Mpa N＝7.5Kw
水平螺旋输送机：１套直径：D＝350 mm长度：L＝12 m
功率：1.1 kW。
4.4.3 构筑物大小
20m（长）×10m（宽）×5m（高）
参考文献（References）
1、执行的主要设计规范和标准
(1) 中华人民共和国国家标准，地表水环境质量标准 (GB3838-2002)
(2) 中华人民共和国国家标准，城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)
(3) 中华人民共和国国家标准，污水综合排放标准(GB8978-1996)
(4) 中华人民共和国城镇建设行业标准，污水排入城市下水道水质标准(CJ3082-1999)
(5) 中华人民共和国城镇建设行业标准，城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准(CJJ31-89)
(6) 中华人民共和国城镇建设行业标准，城市污水处理厂污水污泥排放标准(CJ3025-93)
(7) 中华人民共和国国家标准，给水排水制图标准(GB/T50106-2001)
(8) 中华人民共和国国家标准，给水排水设计基本术语标准(GBJ125-89)
(9) 中华人民共和国国家标准, 室外排水设计规范(GBJ14-87，1997年版)
(10)中国工程建设标准化协会标准，氧化沟设计规程CECS 112:2000